裂缝的识别-图象处理及应用-教学.ppt

图象处理及应用,图象处理及应用,图象处理及应用,第六章 裂缝的识别,目前，国内的各大油田的勘探均已经进入中后期，随着探明程度和发现难度的增加，使得油气勘探正向着深层的低孔低渗油气藏和裂缝性油气藏进军，作为低孔低渗的油气藏中特殊的油气储集空间和渗流通道，裂缝极大地改善了储层的渗流特性。因此，,开展裂缝形态极其分布格局的研究对深层勘探和低孔低渗油气藏的勘探开发具有重要意义,。,增加泄油面积,井筒,低孔、低渗地层,增大泄油量,非裂缝泄油,大部分压降十分靠近井眼,裂缝对于硬地层的重要意义是人所共知的，因为它不仅是决定油气储集层的关键因素，而且也直接控制着裂缝油气藏的形成与分布，因此，在碳酸盐岩地层和深部地层的油气勘探过程中，识别和探测裂缝进而分析地区性裂缝分布格局已成为地质家和测井分析家普遍关注的问题。事实上，地震波的紊乱、特别是速度谱出现的低速异常，钻井过程的泥浆漏失，钻具放空、跳钻或扭钻、出现井涌、岩屑有充填于裂缝中的方解石晶体、以及测试结果渗透率出现过高的异常等等，都可能是裂缝存在的指示。然而，随着现代测井技术的发展，已经能够由成象测井资料提供和展现裂缝的存在。,图象处理及应用,成象测井是通过记录仪器在提升过程中所经过的地层而获取的应用地球物理信息，同时将这些信息按一定的关系刻度为象素的色彩或灰度等级，并将其按速度校正中给出的空间位置在图象终端显示或存储到计算机的硬盘上。测井分析家可以根据这些色彩或灰度等级的变化所反映的井壁周围的岩性信息，结合目标体（裂缝、溶洞、断层等）的具体形态特征，将其从背景（基岩）中分离出来，并加以定性的识别和解释，以获得目标体的大小、形态、分布密度、展布状况等参数信息。,但目前的解释只是停留在依赖专家经验的定性解释和半定量解释阶段，自动化程度不高，人为主观因素比较大，这些因素都大大地限制了成象测井解释技术的发展。如何快速、准确地解释裂缝、孔洞等非均质地质信息，已是测井分析家着重要解决的问题.,图象处理及应用,人类在复杂图象解释上具有与生俱来的学习本领和解释技巧，具体表现在：在纷乱复杂的噪声背景中可以识别出物体的纹理特征和轮廓特征；建立物体模型对所观察到的现象和场景进行解释说明；对众多的数据类型和资源进行整合与抽象，并建立知识进行表达；可以在不同的数据表达层次上进行逻辑推理，最终完成物体的识别与表达。然而人类的解释也存在着一些弊端，表现在：不可能经常如一地运用固定的知识和逻辑来进行解释，识别和认知存在着模糊性、主观性、经验性；不能够进行精确的定量观察与解释；人的记忆力有限，不可能记住大量的数据或众多的数据类型；有时人类会因为各种原因（如疾病、情绪的变化）出现不适应的情况；主观上容易作出轻率的解释；不可避免地出现偏见和一定的主观上的倾向性；在处理连锁繁杂的形式和关系中，人有时会感到力不从心。,图象处理及应用,计算机图象解释在某种程度上是对人类解释的一种补救。它具有一些不可代替的优点：可以不知疲倦地工作，既不会生病又不会出现情绪上的波动；能够应用已有的模型进行解释；可以根据固定的情况，始终如一地采用相同的模型，不会出现主观上的偏差；能够装载大量的数据并进行相应的处理；可以提供一定形式的统计和总结；对评价的不确定性能够提供一定形式的补救措施；可以进行精确的参数定量计算。正因为计算机视觉具有一些人类无法比拟的优点，所以，以计算机图象处理技术为基础的计算机视觉系统和图象理解系统迅速地发展起来了。然而，目前的挑战是计算机处理系统如何自动利用成象测井所提供的数据结构和与之相比更为复杂的信息内容来进行储层非均质描述。,图象处理及应用,一、裂缝识别原理：,虽然储层的裂缝形式是千变万化的，并通常被其他地质信息所掩盖，要将各种类型的裂缝都准确地识别出来，目前看是不可能的。但这也不能说人类在有关地质信息的自动识别上无所作为，就一些典型的情况下的裂缝是可以识别的。通常和广泛存在的裂缝形式是和井眼相交的平面裂缝，其又被分成倾斜相交和垂直相交两种情况，而和井眼水平相交的平面裂缝则看成是倾斜相交的特例。下面就这两种裂缝形式阐述一下识别原理和步骤。,图象处理及应用,裂缝识别的基本步骤可分为：成象测井资料的输入，并将其转换为BMP图象格式；采用图象增强的手段对图象进行予处理，这里一般可分为以增强对比度为目的，借以突出裂缝暗色区域的灰度拉伸的增强方法；还有以去除背景噪声为目的的平滑滤波的增强方法；采用边缘提取或阈值控制分割的图象分割方法将裂缝的区域从背景中分离出来，并形成只含有裂缝区域的二值图象；根据裂缝的具体形态，采用不同的识别方法进行裂缝的识别；依据一定的算法，对识别出来的裂缝进行参数定量计算；将识别后的裂缝的形态和参数通过一定形式显示出来或存储起来；与已知的资料或人工识别的成果进行对比，验证识别的具体效果。,在地层中，绝大多数裂缝都是倾斜的。倾斜裂缝是众多裂缝形态当中的主要形式。处理好倾斜裂缝的识别工作对整个裂缝识别都将具有重要意义，这也是裂缝识别中最为重要的、最复杂的部分。,过井裂缝除了具有裂缝总体上的特征以外，在形态上还具有在成果图上呈现正弦曲线的暗色轨迹的特征，正弦曲线的幅度代表裂缝的倾角信息，正弦曲线的周期是裂缝展开图的图象宽度。,下面将证明，当裂缝面是倾斜时并与井柱面相交时，其在圆柱形井壁上的交线在其展开图上表现为正弦曲线。设圆柱面方程为 ，平面方程 ，其中a,b,c,r为常数。,二、过井裂缝的识别：,图象处理及应用,由此可以证明，在柱面展开图上z与为正弦曲线关系，因此，在成象成果图上识别过井裂缝的问题就转化为在成果图上探寻呈正弦曲线形状的深暗色区域问题,图象处理及应用,对于固定形状的曲线检测，并且该曲线可以用参数方程描绘的，一般都是采用Hough变换的方法。Hough变换是一种快速的图象边缘检测方法，其基本思想是把解析曲线从图象空间映射到以参数为坐标的参数空间中，根据参数空间中特定位置出现的峰值特征反过来确定曲线的参数值，从而对图象空间中各种边界给出确定性描述。因而，利用Hough变换检测曲线的问题就转化为在参数空间寻找峰值位置的问题。Hough变换的主要优点在于：具有较强的抗干扰能力，允许待检测的边界曲线不连续，便于做并行处理。理论上,Hough变换可以用来检测具有解析式,的任何曲线，但是累加器尺寸和检测计算量将随参数的个数增加而呈指数增加,这就限制了Hough变换用于多参数曲线的检测。,三、识别方法：,图象处理及应用,经过不断的算法改进，人们现在利用边缘象素的局部取向信息(如梯度方向)来减少计算量，并取得较好效果。本文根据裂缝在成象测井图上呈正弦曲线的特点，利用其对称性，并结合Hough变换,建立了一种针对于具有固定周期的正弦曲线检测方法，该方法除能保留Hough变换的容错性和鲁棒性外，还具有方法简便、计算速度快等优点。,1、Hough变换识别正弦曲线的基本原理,如下图所示的正弦曲线，一般可用下式表示：,图象处理及应用,确定了基线位置 后，就将利用Hough变换进行正弦曲线的识别由三维问题简化为二维问题，减小了三维参数空间变换对计算机硬件的要求。使通常的灰度图象的过井裂缝识别问题能够得以处理。,图象处理及应用,确定了基线位置 后，正弦曲线的未知参数剩下幅度,A,和初相位 ，下面详细介绍如何利用Hough变换进行幅度,A,和初相位 两个参数的提取。根据式1有：,选择,A,和 参数作为坐标建立一个二维Hough变换参数空间，由式2可知，图象空间中任意一点，映射到参数空间（,A,，）中为一条余割函数曲线。在参数空间寻找,A,和 参数的峰值位置，从而唯一确定,A,和 的参数值。进行Hough变换时，按下列方式确定参数范围：,A,的范围为（0,A,max,），的范围为（0,T,）。其中,A,max,应根据先验知识来选取。注意，在计算过程中必须将 转换为弧度单位。,图象处理及应用,2、确定正弦曲线幅度和初相位的具体的算法,利用正弦曲线的对称性，确定每一条可能存在的正弦曲线的基线 ；,设置一个二维累加器数组,ACC,(,A,，)并将其各元素初始化为零；,对于检测出正弦曲线的任意基线位置 ，执行下面的步骤；,对于图象中的任意边界点 ，执行下面的步骤；,对于 使其在0到,T,之间以步长为2度进行变化，执行下面的步骤；,根据式2计算幅度,A,；,若计算的,A,值在（0,A,max,）范围以内，则,ACC,A,=,ACC,A,+1；,如此循环直到图象中所有边界象素均被访问为止；,寻找累加器数组的峰值位置，得到相应的,A,和 的值；,如此循环直到所有 均被访问为止，并将各条正弦曲线输出到成果图上，验证其正确性。,图象处理及应用,四、过井裂缝参数定量计算,裂缝参数是划分和评价裂缝储层的重要参数，它主要包括裂缝的线密度、裂缝的视长度、裂缝的倾角、裂缝的方位角、裂缝的宽度、裂缝的视面积、裂缝的面孔度、裂缝的孔隙度等参数。其中裂缝的线密度和裂缝孔隙度是裂缝储集层评价的两个重要参数。,1、裂缝的宽度(W),裂缝的宽度为单位井段内全部裂缝平均张开度。对于电法成象测井Schlumberger公司采用下式计算：,*A*,图象处理及应用,式中：A=，称为异常电流面积，其计算的基本原理是利用有限元法得到裂缝处电导率异常与电极距裂缝的垂直距离之间的关系曲线，对该曲线进行积分求取面积便可得到A。通常其可由测井资料计算得到；为垂直于裂缝轨迹方向上的位移，为积分半宽度，一般要大于图上显示的裂缝宽度的一半；为极板电位值；,=0.004801 ，b=0.863，与仪器结构有关的常数。,而Atlas公司采用下式计算裂缝的宽度：,式中：为背景电流值,一般等于最小电流值 ；为裂缝处最大电流值 ；为裂缝横截面上任一位置上的电流值，随 变化。,图象处理及应用,